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[IT뉴스]지붕 위 빗방울로 전기 생산…탄소섬유 복합재 발전기 개발

온카뱅크관리자

2025-12-15 10:57:30

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 개발된 탄소섬유 복합재의 발수 성능. 빗방울이 연꽃잎에서처럼 빠르게 떨어져 나가 흔적만 남았다. UNIST 제공
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 지붕에 떨어지는 빗물로 전기를 만들어 폭우 상황에서 배수 장치나 경보 시스템을 가동할 수 있게 하는 기술이 나왔다.
 울산과학기술원(UNIST)은 박영빈 기계공학과 교수팀이 빗방울로 전기를 만드는 탄소섬유 복합재 기반 물방울 발전기(S-FRP-DEG)를 개발했다고 15일 밝혔다. 
 물방울 발전기란 떨어지거나 미끄러지는 물방울의 움직임을 전기에너지로 바꾸는 발전 장치다. 
 기존 금속 기반 물방울 발전기는 빗속 오염물질에 의해 쉽게 부식되는 문제가 있었다. 연구팀은 부식에 강한 탄소섬유 복합재를 사용해 부식 문제를 해결했다. 탄소섬유 복합재는 탄소섬유 다발을 플라스틱 수지에 섞은 소재로 가벼우면서도 강해 건물 지붕과 같은 외장재로 쓸 수 있는 소재다. 
 개발된 탄소섬유 복합재 발전기는 빗방울이 복합재 표면에 닿았다 빠르게 떨어지는 순간 전기를 만든다. 정전기와 흡사한 원리로 작동한다. 빗방울은 양전하를 띠고, 복합재 표면은 음전하를 띤다. 빗방울이 접촉했다 떨어지는 순간 전하 입자가 탄소섬유를 타고 이동하면서 전기가 흐른다. 
 연구팀은 탄소섬유 복합재 표면을 특수 가공한 뒤 위에 코팅재를 입혀 발전기의 발전 성능을 높였다. 빗방울의 순간적 접촉 면적은 넓히면서도 빗방울이 빠르게 구슬처럼 변해 표면에서 굴러떨어지도록 설계했다. 미세한 요철이 가공된 표면은 빗방울의 접촉 면적을 넓히고 코팅재는 복합재 표면을 마치 연꽃잎처럼 만들어 빗방울이 튕겨 나간다. 코팅재는 도심 오염물이나 매연이 달라붙는 현상도 막아 야외에 설치된 발전기의 성능을 오래 유지시킬 수 있다. 
 실험에서 연구팀이 개발한 발전기는 약 92마이크로리터(μL, 1㎕는 100만분의 1L) 크기의 빗방울 하나가 떨어질 때 최대 약 60V의 전압과 수 마이크로암페어(μA, 1암페어의 100만 분의 1) 수준의 전류를 생산했다. 발전기 4개를 직렬로 연결했을 때는 LED 전구 144개를 순간적으로 점등하는 데 성공했다. 
 연구팀은 이 발전기를 지붕 모서리나 배수 덕트에 부착해 강우량을 실시간으로 감지하는 시연도 했다. 빗방울이 많이 떨어질수록 전기 신호가 더 자주 발생했고 전시 신호 빈도를 기준으로 배수 펌프를 작동시키는 방식이다. 약한 비, 보통 비, 강한 비 상황에 따라 펌프 작동 횟수가 달라져 침수 상황을 구분할 수 있게 된다. 
 연구에 이성환 UNIST 박사와 김재진 UNIST 연구원이 제1저자로 참여했다. 
 박영빈 교수는 “개발한 기술은 별도의 외부 전원 없이 빗물만으로 건물이나 교량 같은 도시 기반 시설을 관리하고 침수 피해를 예방하는 데 기여할 뿐만 아니라 향후 항공기나 자동차 등 탄소섬유 복합재가 들어가는 모빌리티의 자가 전원 기술로 쓸 수 있을 것”이라고 말했다. 
 연구결과는 소재 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 11월 20일 게재됐다. 
 &lt;참고자료&gt; -https://doi.org/10.1002/adfm.202522178
 [이채린 기자 rini113@donga.com]
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